JP5434607B2 - 圧縮空気噴射による記録媒体分離を行う定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気噴射による記録媒体分離を行う定着装置および画像形成装置に係り、特に電子写真方式で画像形成を行い、熱を用いて定着を行う定着装置および画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびこれらの機能を備えた複合機などの画像記録装置において、記録媒体（以下、用紙ともいう）の表面に転写されたトナー像を定着させる装置として、ハロゲンヒータなどを内蔵した定着ローラと、当該定着ローラを加圧する加圧ローラとで形成されたニップ部によって未定着トナー像を有した用紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式が知られ、広く利用されている。

また無端状の定着ベルトを、ハロゲンヒータなどを内蔵した加熱ローラと定着ローラとで張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラと定着ベルトとによって形成されたニップ部によって、未定着トナー像を有した用紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式も知られている。このようなベルト定着方式は定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムを短縮でき、省エネになるという利点を有している。

以上のような加熱定着方式では、用紙に融着したトナー像が定着ローラ／定着ベルトに接触するので、定着ローラ／定着ベルトは、離型性に優れたフッ素系樹脂を表面にコーティングされ、用紙分離には分離爪が用いられている。分離爪の大きな欠点は、ローラやベルトと接触するためにローラやベルトの表面に爪跡（爪傷）を付け易く、その場合には出力された画像にスジが発生するということである。

一般的にモノクロ画像形成装置の場合、定着ローラは金属ローラの表面にテフロン（登録商標）コーティングしたものであり、分離爪が接触しても傷になり難く、寿命も長かった。そのため、巻き付きジャムなどの防止を優先させて、長い間分離爪が使用されてきた。しかしながら、カラー画像形成装置の場合には、色の発色性を良くするため、表層をシリコーンゴムにフッ素コートしたもの（一般的には数十ミクロン程度のＰＦＡチューブを使用する）か、シリコーンゴムの表面にオイルを塗ったものを使用している。ただ、このような構成では、表層が軟らかく、傷が付き易い。表層に傷が付くと定着画像にスジ状の傷が生じることから、今ではカラー画像形成装置では分離爪のような接触手段を殆ど用いず、大半は非接触分離を行っている。

非接触分離では、トナーと定着ローラとの粘着力が高いと定着後の用紙がローラに巻き付くため、容易に巻き付きジャムを発生するようになる。特にカラー画像形成では何層もの色（トナー層）が積層されており、粘着力が高まるために巻き付きジャムが発生し易い。現在、カラー画像形成装置における用紙分離では、主に次の方式が採用されている；
〔１〕定着ローラ／定着ベルトとの間に微小なギャップ（約０．２〜１mm）を開け、定着ローラ／定着ベルトの長手方向／幅方向に平行に延在する分離板を用いる非接触分離板方式；
〔２〕定着ローラ／定着ベルトとの間に微小なギャップ（約０．２〜１mm）を開け、所定間隔に配された分離爪を用いる非接触分離爪方式；
〔３〕用紙の腰の強さと定着ローラ／定着ベルトの湾曲部弾性とで自然に剥離させるようにしたセルフストリッピング方式。

しかしながら、いずれの方式でも定着出口への用紙案内板との隙間が空いているため、薄紙や先端余白が少ない用紙を通紙する時、あるいは写真などのべた画像を通紙する時は、用紙が定着ローラ／定着ベルトに密着したまま隙間を通過して、用紙巻き付きジャムが生じたり、逆に分離板や分離爪などに突き当たって、ジャムが発生することがある。

そこで非接触分離方式の補助措置として、空気を用紙分離位置に吹き付けることが以前から提案され、使用に供されている。提案された構成は数多くあるが、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３にそれぞれ開示されたようなものがある。

特許文献１には、定着ローラの近傍に剥離爪を設けて、その剥離爪の先端に、定着ローラに付着した用紙の先端に向けて空気を噴出する空気吹出し孔を設ける構成が開示されている。

特許文献２では、空気流通のための孔を有した支持部材と、用紙の先端部に空気を噴射する噴射孔を有した複数の噴射部材とを備え、複数の噴射部材が支持部材に支持され、各々独立して回動可能である構成が提案され、用紙の形状に対応して複数の噴射部材の噴射方向を任意に変更できるようになっている。

特許文献３では、定着装置のニップ部を通過した直後の用紙の先端部に圧搾空気を噴射して、用紙を定着ローラから剥離するに当たり、連続的に用紙を搬送して定着する場合に、搬送される前後の用紙の間に対応する定着ローラの外周面に、圧搾空気を連続して噴射させるべく制御する構成が提案され、定着ローラの外周面に温度差が生じて後続する用紙に光沢ムラを発生させないようになっている。

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、剥離爪先端からやや奥まった位置に空気吹出し孔が形成されているとはいえ、多量の未定着トナーを坪量の少ない用紙に担持させた場合、ニップ部出口から出て定着ローラから分離後に用紙が剥離爪に接触し、剥離爪にトナーが汚れとして付着し、その汚れが抵抗となり用紙の搬送に支障が発生したり、用紙の画像にスジを発生させたり、時にはトナーが空気吹出し孔を塞いでしまうなどの問題があった。更に一度剥離爪に付着した汚れは清掃しない限り、除去できない。

また特許文献２の提案構成では、用紙分離板として機能する剥離部と噴射孔とを噴射部材として一体構成にしており、定着ローラとのギャップを狭めようとすると、空気の流れを妨げる可能性があった。特許文献３の技術においては、案内部材がエアノズルよりニップ部の方向に突出して設けられ、剥離した用紙はエアノズルに当接することなく案内部材に沿って案内されるが、主として連続通紙時の光沢ムラ抑制を目的とするため、エアノズルは定着ローラの幅方向よりも長い横長の開口部を有し、ローラ長手方向全体にわたってローラ周面を冷却しており、用紙剥離の確実性を高めるための更なる工夫は施されていない。画像形成装置でも特にカラー高速機の場合には、分離板としての案内部材と定着ローラのギャップは狭ければ狭いほど、ローラから用紙を分離する効果がより強くなるのであるが、ローラ長手方向に延びる案内部材のローラとのギャップを狭めていくと、噴射空気もローラ長手方向全体に噴射されるため、その流れが妨げられる虞があり、用紙分離に作用する噴射空気の効果が弱くなると考えられる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、分離板による分離効果と噴射空気による分離効果を共に低下させず、効率の良い用紙分離を実現することを課題とする。

上記課題は、加熱手段を付設する回転定着部材と、この回転定着部材に加圧される回転加圧部材と、これら回転定着部材と回転加圧部材のニップ部の用紙搬送方向下流側に且つ用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向に分布配置され、ニップ部を挟持搬送される用紙に圧縮空気を噴射する複数のノズルと、これら複数のノズルの間に配置されニップ部から分離搬送される用紙を案内する複数の分離部片とを備える定着装置であって、ノズルと分離部片とが回転定着部材や回転加圧部材と非接触に配され、且つノズルの圧縮空気噴射側先端よりも分離部片がニップ部側に突き出ていることによって解決される。

上記ノズルと上記分離部片とが同じ基材に取り付けられ、基材の回転軸を中心に圧縮空気の噴射向きを調整することが可能であれば、好適である。用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向で見てノズルより分離部片を用紙搬送面に近づけて配置していれば、一層効果的である。用紙搬送面に対するノズルと分離部片の距離差（Ｌ１）が、用紙が分離部片に接触して分離部片が変位しても用紙がノズルに接触しない位置関係に設定されるのが好ましい。

ノズルの圧縮空気噴射口を取り囲む少なくとも三面が防御壁として機能するのが良い。少なくとも回転定着部材にクリーニング手段やオイル塗布手段を付設するのが、好都合である。ノズルの表面にフッ素樹脂コートを施したり、ノズルをフッ素樹脂から形成することも好ましい。

請求項１に係る発明では、ニップ部の用紙搬送方向下流側に且つ用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向に分布配置され、ニップ部を挟持搬送される用紙に圧縮空気を噴射する複数のノズルと、これら複数のノズルの間に配置されニップ部から分離搬送される用紙を案内する複数の分離部片とを備える定着装置であって、ノズルと分離部片とが回転定着部材や回転加圧部材と非接触に配され、且つノズルの圧縮空気噴射側先端よりも分離部片がニップ部側に突き出ているので、用紙が分離部片に接触してもノズルには用紙が接触せず、ノズルにトナーが付着し難い構造となっており、分離板による分離効果と噴射空気による分離効果を共に低下させず、効率の良い用紙分離を実現できる。しかも、ノズルや分離部片へのストレスを低減することができ、高い耐久性も持たせることもできる。ノズルと分離部片とを別々に分けて構成することにより、ノズルや分離部片の形状を変更したり、表面コーティングするに際しても加工するのに容易である。

上記ノズルと上記分離部片とが同じ基材に取り付けられ、基材の回転軸を中心に圧縮空気の噴射向きを調整することが可能とすれば、用紙と回転定着部材の分離が最も効率的な角度で空気噴射を行うことができ、ジャムする可能性を減らし、安定した用紙搬送をすることができる。ジャムの低減により、ノズルや分離部片へのストレスも低減することができる。用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向で見てノズルより分離部片を用紙搬送面に近づけて配置すれば、ニップ部を出る用紙が分離部片に接触して、分離部片の位置がずれても、用紙がノズルに接触する事態を回避可能である。そのために、用紙搬送面に対するノズルと分離部片の距離差（Ｌ１）を、用紙が分離部片に接触して分離部片が変位しても用紙がノズルに接触しない位置関係に設定する。

ノズルの圧縮空気噴射口を取り囲む少なくとも三面が防御壁として機能すれば、圧縮空気で飛散したトナーが噴射口に付着することを防ぎ、安定した空気噴射を確保することができる。少なくとも回転定着部材にクリーニング手段やオイル塗布手段を付設すれば、空気噴射による用紙分離が行い易く、分離部片に用紙が接触してもトナー付着し難くなり、安定した用紙搬送を行うことができる。ノズルの表面にフッ素樹脂コートを施したり、ノズルをフッ素樹脂から形成すれば、トナーとの離型性が良くなり、ジャムした場合でもトナーが付着し難く、ノズルを汚すことがなく、清掃の手間を省くことができる。

画像形成装置の概略構成図である。 エアー分離機構を搭載したローラ定着装置の概略構成図である。 ピン付きノズル単体の詳細斜視図である。 ピン付き分離部片単体の詳細斜視図である。 分離部片とノズルをステーに配設させた様子を示す斜視図である。 ピン付きノズルとピン付き分離部片とを連結した様子を示す斜視図である。 定着装置出口側の詳細図である。 用紙がエアー分離機構に接触する様子を示す詳細図である。 ノズルと分離部片の用紙搬送方向に直交する水平方向での位置関係を示す図である。 エアー分離機構が角度調整させる様子を示す図である。 トナーを担持した用紙の一例を示す図である。 エアー分離機構を搭載したベルト定着装置の概略構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置を示すもので、タンデム型間接（中間）転写方式の複写機である。装置本体には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０が設けられている。中間転写ベルト１０は、図１に示す通り、支持ローラ１３、１４、１５、１６に掛け回して、図中時計回りに回転搬送可能となっている。

この図示例では、支持ローラ１５の左側に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７を設けている。クリーニング装置により回収されたトナーは、装置内の搬送部材（図示せず）により装置奥側へ搬送され、重力などにより下方へ落下させることでトナー回収用ボトル（図示せず）へと収容される。トナー回収用ボトルには、回収トナー量を検知する手段が設けられており、満杯時には装置を停止させるなどでトナーがあふれる事態を防止している。

また、中間転写ベルト１０のベルト上辺上方には、その搬送方向に沿って、ブラック・マゼンタ・シアン・イエロ−の４つの画像形成手段が横に並べて配置されており、タンデム画像形成装置を構成している。タンデム画像形成装置の上方には、露光装置２１が設けられている。

一方、中間転写ベルト１０のベルトループ下中央に配された支持ローラ１６の対向側には、２次転写ローラ２３が備えられている。２次転写ローラ２３を備える２次転写装置の用紙搬送下流側には、用紙上の転写画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、定着部材としての定着ローラ２６に加圧部材としての加圧ローラ２７を押し当てて構成されている。

不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して、支持ローラ１３を含む他の支持ローラが従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に個々の画像形成手段において、その感光体４０を回転し、各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・マゼンタ・シアン・イエローの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０のベルト移動に伴って、それら単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

他方、スタートスイッチを押すことにより、給紙装置の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンクに多段に備えられた給紙カセット４４の１つから用紙を繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体内の給紙路に導き、レジストローラ４８に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４８を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２３との間に用紙を送り込み、２次転写ローラ２３で転写して用紙上にカラー画像を記録する。

画像転写後の用紙は、２次転写装置のベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、そこで熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、排出ローラ４９で排出し、排紙トレイ上にスタックする。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後にベルト上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置による再度の画像形成に備えられる。

次に定着装置２５を、図２に基づいて詳細に説明する。この定着装置２５のユニットにおいて、定着ローラ２６の内部には熱源としての定着ヒータ２８が設けられ、定着ローラ２６を加熱する。定着ローラ２６が不図示の駆動機構によって回転し、加圧ローラ２７が連れ回りするが、加圧ローラ２７にも駆動をかけるようにしてもよい。定着ローラ２６の表面温度は不図示の温度検知素子により検知され、不図示の温度制御部が、その温度検知素子の出力値に基づいて定着ヒータ２８を、定着ローラ２の表面温度が所定の設定温度になるように制御する。未定着トナー像を担持した用紙が定着装置２５に搬入されて、所定の温度に制御されている定着ローラ２６と加圧ローラ２７とのニップ部を通過し、その際、トナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出されるようになっている。

そして、この定着装置２５では更に、ニップ部へ向けて圧縮空気を噴射するノズル７、ウェブクリーニング３０、オイル塗布装置３１、分離部片３２が備えられている。本例では定着ローラ２６にのみウェブクリーニングやオイル塗布装置を具備させているが、加圧ローラ２７にも具備可能である。また定着装置２５の入口側には入口ガイド４が、出口側には上下の出口ガイド５，６が配置されており、加圧ローラ２７には分離板３が付設されている。

ノズル７の詳細を図３に示す。その噴射口５５を左右の防御壁５６，５７、底面側の防御壁５８の三面で取り囲む形状となっており、材料的にはＰＦＡ、または表面にＰＦＡコートしたものを使用する。ＰＦＡ以外にもＰＴＦＥなどのフッ素樹脂であれば同様に適用可能である。ノズル７には取り付け用の横向きピン５９が設けられている。また分離部片３２の詳細を図４に示す。この分離部片３２にも、取り付け用の横向きピン６０が設けられている。

ノズル７と分離部片３２は、図５に示すように、基材（ステー）６２に、その長手方向において交互に設けられている。図６に示すように、ノズル７のピン５９と分離部片３２のピン６０とを係合させ、一体化することで、基材６２に装着される。そして、横（用紙搬送方向に直交する基材長手方向）から見ると、図７に示すように、分離部片３２はノズル７の位置よりも下方に位置している。その結果、図８のように、仮に用紙が分離部片３２に接触して、分離部片の位置が多少ずれたとしても、ノズル７には接触しない構成になっており、それを実現できるように、図９に示す両者の上下間隔Ｌ１がとられている。ピンによるノズル７と分離部片３２の一体化は必須ではなく、ノズル７や分離部片３２の夫々にギャップ調整機構を備え、そのギャップ調整機構を用いることで上下間隔Ｌ１を所定値に確保してもよい。具体的なギャップ調整機構としては、ノズルや分離部片３２の回転支点の近傍に設けられ、バネのような弾性手段と当該弾性手段を伸縮させるためのネジとでなる（ノズル若しくは分離部片の）部材先端回動調整装置が考えられる。このような部材先端回動調整装置では、ネジを回すことによってノズルや分離部片の先端を回動変位させることができ、用紙が分離部片に接触して分離部片が変位する際にも用紙がノズルに接触しない位置関係となる上下間隔Ｌ１が確保できる。

圧縮空気をノズル７から噴射しない場合、分離部片３２は分離板として機能する。エアー分離機構は、分離の困難な、多量の未定着トナーを坪量の少ない用紙に担持させた場合にその用紙を定着ローラから分離するのに効果があり、坪量の多い用紙を定着ローラから分離する場合には、圧縮空気を噴射する必要はないので、坪量が多い場合、圧縮空気の噴射をせず分離部片のみで定着ローラから用紙を分離させる。ちなみに、圧縮空気の供給には、市販のコンプレッサーやポンプが使用される。

そして、定着ローラ２６と分離部片３２のギャップは０．１〜０．６ｍｍに設定されるのに対して、定着ローラ２６とノズル７のギャップは０．６〜１．０ｍｍに設定されている。このようなギャップ値の差は、分離部片３２では、ギャップが狭ければ狭いほど、ローラから用紙を分離する効果がより強くなるが、ノズル７については、流体シミュレーション・実験を行い確認したが、ノズルをローラに一定以上近づけすぎると、噴射された圧縮空気に対してローラが抵抗になり、用紙に十分な圧縮空気を与えることができず、ローラから用紙を分離する効果が弱まるという結果が得られ、ローラの抵抗の影響が少ないように、０．６〜１．０ｍｍ程度のギャップを確保したほうが、用紙に必要な圧縮空気を与えることができたからである。ここに、ノズル７と分離部片３２を別体で用紙搬送方向に直交するローラ長手方向にずらして配置するメリットがある。

また図１０に示すように、基材（ステー）６２は位置決めピン６４を中心に角度を変えることができるようになっており、その角度は、用紙の定着ローラからの分離に最も効果のある空気噴射角度となるように調整される。ノズル７の噴射口から圧縮空気が噴射するタイミングは、用紙がニップ部出口に搬送され定着ローラから分離されるべき瞬間に空気噴射が用紙先端に届くようなタイミングが最も効果的・効率的であり、実用的には用紙がニップ部から出る前に空気噴射が行われる。

このようなエアー分離機構を用いることで、多量の未定着トナーを坪量の少ない用紙（例：４５ｋｇ紙）に担持させ、なおかつ図１１のような、用紙の画像先端余白を２ｍｍにした場合でも、定着ローラから分離できることを確認しており、従来の非接触分離板／分離爪のみの機構では画像先端余白４〜５ｍｍでしか分離できないことと比較しても、高い分離能力を有しているといえる。

なお、図１２に示すようなベルト定着装置においては、定着部材としての定着ベルト３４は駆動ロ一ラである定着ローラ２６、従動ロ−ラである加熱ローラ３６に支持され張架され、回転走行する。加圧ローラ２７は定着ローラ２６と定着ベルト３４を介して対峙して設けられており、加圧ローラ２７は不図示の加圧機構により定着ベルト３４を介して定着ローラ２６に加圧される。加熱ローラ３６の内部には熱源としての定着ヒータ２８が設けられ、この定着ヒータ２８により加熱ローラ３６が加熱されて定着ベルト３４が加熱ローラ３６により加熱される。また、テンションローラ３８により、定着ベルト３４の加熱ローラ３６への接触面積を大きくすることができ、より多くの熱を加熱ローラ３６から定着ベルト３４へ伝えることができる。定着ベルト３４は定着ローラ２６が不図示の駆動機構で回転駆動されることにより回転し、加圧ローラ２７は定着ベルト３４に連れ回りする。加圧ローラ２７に駆動を掛けてもよい。定着ベルト３４の表面温度は不図示の温度検知素子により検知され、不図示の温度制御部がその温度検知素子の出力値に基づいて定着ヒータ２８を、定着ベルト３４の表面温度が所定の設定温度になるように制御する。未定着トナー像を担持した用紙は定着装置に搬入され、所定の温度に制御されている定着ベルト３４と加圧ローラ２７のニップ部を通過し、トナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出される。このようなベルト定着装置に本発明を適用しても同様の効果が得られる。

３ 分離板
４ 入口ガイド
５，６ 出口ガイド
７ ノズル
１０ 中間転写ベルト
１３，１４，１５，１６ 支持ローラ
１７ 中間転写体クリーニング装置
２１ 露光装置
２３ ２次転写ローラ
２４ ベルト
２５ 定着装置
２６ 定着ローラ
２７ 加圧ローラ
２８ 定着ヒータ
３０ ウェブクリーニング
３１ オイル塗布装置
３２ 分離部片
４０ 感光体
４２ 給紙ローラ
４４ 給紙カセット
４５ 分離ローラ
４７ 搬送ローラ
４８ レジストローラ
４９ 排出ローラ
５５ 噴射口
５６，５７，６８ 防御壁
５９，６０ 横向きピン
６２ 基材（ステー）
６４ 位置決めピン

特開昭６１−５９４６８号公報 特開２００７−０７９４１１号公報 特開２００７−２４０９２０号公報

Claims (10)

1. 加熱手段を付設する回転定着部材と、この回転定着部材に加圧される回転加圧部材と、これら回転定着部材と回転加圧部材のニップ部の用紙搬送方向下流側に且つ用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向に分布配置され、ニップ部を挟持搬送される用紙に圧縮空気を噴射する複数のノズルと、これら複数のノズルの間に配置されニップ部から分離搬送される用紙を案内する複数の分離部片とを備え、ノズルと分離部片とが回転定着部材や回転加圧部材と非接触に配され、且つノズルの圧縮空気噴射側先端よりも分離部片がニップ部側に突き出ている、定着装置。
2. 前記ノズルと前記分離部片とが同じ基材に取り付けられ、基材の回転軸を中心に圧縮空気の噴射向きを調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 用紙搬送方向に直交するニップ部長手方向で見てノズルより分離部片を用紙搬送面に近づけて配置することを特徴とする請求項１か請求項２に記載の定着装置。
4. 用紙搬送面に対するノズルと分離部片の距離差（Ｌ１）が、用紙が分離部片に接触して分離部片が変位しても用紙がノズルに接触しない位置関係に設定されることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. ノズルの圧縮空気噴射口を取り囲む少なくとも三面が防御壁として機能することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 少なくとも回転定着部材にクリーニング手段を付設することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 少なくとも回転定着部材にオイル塗布手段を付設することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. ノズルの表面にフッ素樹脂コートを施したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の定着装置。
9. ノズルをフッ素樹脂から形成したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の定着装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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